Ansys APDL施加任意形式载荷(线性/非线性,通过命令流/GUI)

本文详细介绍了在ANSYS中通过循环、NewTable、GUI和命令流施加线性及任意函数载荷的过程,包括梁单元的处理、表格类型载荷的定义、使用函数创建载荷以及面载荷和梯度荷载的实例。

目录

1 通过循环施加梁单元线性均布载荷

1.1 命令流

1.2 结果

2 通过New Table表格类型施加“任意函数的”均布载荷

2.1 命令流

2.2 重要命令解释

3 通过GUI创建函数施加线性载荷(也可以非线性)

3.1 创建函数

3.2 加载函数,转换为表格载荷

3.3 施加载荷

3.4 使用命令流创建函数施加非线性载荷

4 通过GUI直接创建表格载荷

5 面载荷,梯度荷载施加例子


如果对命令流不熟悉,推荐使用第3,4部分的方法。

1 通过循环施加梁单元线性均布载荷

1.1 命令流

! 梁单元荷载施加例子
FINISH
/CLEAR,ALL
/PREP7
ET,1,BEAM189
MP,EX,1,2.1E5
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,7850E-12

K,1     !第一个关键点
K,2,10  !第二个关键点
L,1,2   !创建一条线,选择两个关键点
LESIZE,ALL,,,10 !划分为10个单元,也就是单元长度为1
LMESH,ALL

*DO,i,1,10  !单元编号从1到10
SFBEAM,i,1,PRES,10+10*(i-1),10+10*i     !选择单元编号(i),Z轴方向(1),施加荷载,10+10*(i-1),10+10*i(梯度为10)
*ENDDO

*DO,i,1,10
SFBEAM,i,2,PRES,50+10*(i-1),50+10*i
*ENDDO

1.2 结果

 参考:

43梁单元均布荷载的施加_哔哩哔哩_bilibili

2 通过New Table表格类型施加“任意函数的”均布载荷

以悬臂梁为例子,展示了两种方法来施加三角分布载荷:

方法一:表格型数组载荷数据

方法二:通过命令SFL的参数值:VALI和VALJ

至于任意函数载荷,可以把任意函数理解为离散的三角分布载荷,类似于积分的概念,离散后,应用上述三角分布载荷施加的方法即可。

难点:理解表格载荷数据的作用规则和SFL命令的VALI和VALJ作用规则

更为普通的函数加载也是可以实现的,比如说在一个平面板上施加非均匀载荷,载荷是和板上坐标成函数关系的。

分析类型 静态分析:Antype,Statics

单元类型 2-D 8-Node or 6-Node 结构单元:PLANE183

2.1 命令流

!几何参数
MINLOAD=0  !最小载荷
MAXLOAD=1  !最大载荷
L=10       !悬臂梁长度
Thick=1    !悬臂梁厚度
E1=30e6    !材料弹性模量

!前处理-定义单元&材料
/PREP7
!单元类型
ET,1,PLANE183   !2-D 8-Node or 6-Node 结构单元:PLANE183
KEYOPT,1,3,3    !设置元素关键选项,选择单元类型,要定义的关键数目,设置值
KEYOPT,1,6,0
KEYOPT,1,10,0
R,1,Thick,      !定义元素实常量,实常数集标识号(任意),实常数值(解释为面积、转动惯量、厚度等,根据使用此集合的特定元素类型的需要)。(平面单元厚度是实常数
!材料模型
MPTEMP,,,,,,,,  !定义材料属性的温度表。
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,E1    !定义要与温度表关联的属性数据。弹性模量,材料编号,表中用于生成数据的起始位置,属性数据值分配给从SLOC开始的六个位置。
MPDATA,PRXY,1,,.27 !定义要与温度表关联的属性数据。泊松比
MPDATA,DENS,1,,1   !定义要与温度表关联的属性数据。密度

!建模&划分网格(模型和网格均较简单,本案例直接在一次分析中建立了两个求解模型,
RECTNG,0,L,0,Thick    !模型一,在工作平面的任何地方创建一个矩形区域,X1,X2,Y1,Y2
RECTNG,0,L,10,10+Thick,  !模型二
AMES,ALL

!载荷施加&求解:这里重要学习表格型数组和通过SFL命令实现三角载荷的施加
*DEL,_FNCNAME   !删除一个或多个参数(GUI)。删除名称为_FNCNAME的参数。
*DEL,_FNCMTID   !删除名称为_FNCMTID的参数
*SET,_FNCNAME,'PRES1'   !设置参数_FNCNAME的值为'PRES1'

!%_FNCNAME%是数组名称,TABLE表示该数组是一个表格型数组,6,5,1定义了数组的维度,表示该数组是一个6行5列1深的三维数组。
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,5,1 !定义表格型数组参数及其维度。

!Begin of equation: {X}  !表格型数组赋值
*SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999   !这句就是对(1,0,1)赋值为-999
*SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0
*SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0
*SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0
*SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0
*SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0
*SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, -1, 0, (MAXLOAD-MINLOAD)/L, 0, 0, 2
*SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 2
*SET,%_FNCNAME%(0,3,1),   0, -1, 0, MINLOAD, 0, 0, -2
*SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0.0, -3, 0, 1, -2, 1, -1
*SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0.0, 99, 0, 1, -3, 0, 0
! End of equation: {X}
!-->
SFL,3,PRES, %PRES1%        ! 通过函数值赋载荷
SFL,7,P
<think>嗯,用户现在想了解如何在Ansys经典版(APDL)中施加波流荷载的方法。之前他们问的是Workbench中没有AQWA模块时的替代方法,现在转向经典版,可能需要更底层的APDL命令操作。我需要确保回答结构清晰,分步骤讲解,同时保持中文和正确的LaTeX格式。 首先,用户可能需要基础的理论背景,比如Morison方程,这在之前的问题中提过,但需要再详细解释。然后具体步骤,包括前处理、加载方式、求解和后处理。每个步骤需要给出APDL命令的例子,比如定义数组、加载到节点或单元上,以及如何实现动态荷载。 还要考虑用户可能的疑问,比如如何确定系数C_D和C_M,是否需要流体模块的支持,或者如何处理复杂波浪的情况。这时候需要提到UDF或用户子程序,比如使用TABLE类型数组或自定义函数。 注意引用之前的回答,比如在注意事项部分提到验证方法,可能引用之前的对比表格中的内容。同时,生成的相关问题需要与当前主题相关,比如如何验证荷载准确性或处理非线性波浪。 用户可能没有AQWA模块,所以需要完全依赖APDL和手动计算,可能还需要结合CFD结果导入。需要确保步骤详细,命令示例正确,并且注意事项中提到常见问题,比如时间步匹配和资源优化。 最后,检查LaTeX格式是否正确,特别是方程部分,使用$$...$$和$...$,以及代码块的正确标记。确保回答结构符合用户的要求,分步骤和注意事项,最后附上相关问题。</think>### 在 ANSYS 经典版(APDL)中施加波流荷载的详细方法 在 ANSYS 经典版中,波流荷载的施加通常基于 **理论公式计算** 结合 **APDL 命令流编程** 实现,无需依赖 AQWA 模块。以下是具体步骤与核心方法: --- #### **一、理论基础与公式** 1. **Morison 方程**(适用于细长柱状结构): $$ F_{\text{total}} = F_{\text{drag}} + F_{\text{inertia}} = \frac{1}{2} \rho C_D D u|u| + \rho C_M \frac{\pi D^2}{4} \frac{du}{dt} $$ - $C_D$:拖曳力系数(经验值:圆柱体取 1.0–1.2,方柱取 2.0–2.1) - $C_M$:惯性力系数(经验值:圆柱体取 2.0,方柱取 1.5–2.0) - $u$:水质点水平速度,可通过波浪理论(如线性 Airy 波)计算[^1]。 2. **流体力公式**(均匀流): $$ F_{\text{current}} = \frac{1}{2} \rho C_D A V^2 $$ - $V$ 为流速,$A$ 为迎流面积。 --- #### **二、APDL 实现步骤** ##### **步骤 1:前处理与模型准备** 1. **建立几何模型并划分网格** - 定义结构几何(如桩柱、平台等),通过 `PREP7` 模块生成网格。 - 关键命令: ```apdl /PREP7 ET,1,SHELL181 ! 定义单元类型(根据实际结构选择) MP,EX,1,2.1E11 ! 材料属性(如钢材弹性模量) R,1,0.05 ! 定义实常数(如壳单元厚度) ``` 2. **标记荷载作用面** - 使用 `NSEL` 或 `ESEL` 选择需加载的节点或单元,保存为组件: ```apdl NSEL,S,LOC,Z,0,10 ! 选择 Z 坐标 0~10m 的节点(如浸水部分) CM,WAVE_NODES,NODE ! 将选中节点保存为组件 WAVE_NODES ``` ##### **步骤 2:计算波流荷载时程** 1. **定义波浪与流速参数** - 假设采用线性波理论(Airy 波),计算水质点速度 $u(z,t)$: $$ u(z,t) = \frac{\pi H}{T} \frac{\cosh(k(z+h))}{\sinh(kh)} \cos(kx - \omega t) $$ - APDL 中通过数组或函数定义时变速度: ```apdl *DIM, TIME, ARRAY, 100 ! 定义时间数组 *DIM, U_VEL, ARRAY, 100 ! 定义速度数组 *DO, I, 1, 100 TIME(I) = (I-1)*0.1 ! 时间间隔 0.1s U_VEL(I) = 2.0*SIN(2*3.1416*TIME(I)/5) ! 示例正弦波速度 *ENDDO ``` 2. **计算荷载并存储为数组** - 根据 Morison 方程生成节点力时程: ```apdl *DIM, FORCE_X, TABLE, 100, 1, 1, TIME ! 定义 TABLE 类型数组 *DO, I, 1, 100 FORCE_X(I,1) = 0.5*1025*1.2*0.5*U_VEL(I)**2 + 1025*2.0*(3.1416*0.5**2/4)*0.1*U_VEL(I)/0.1 *ENDDO ``` ##### **步骤 3:施加荷载** 1. **静态波流荷载** - 将最大波浪力与流体力叠加后作为静力施加: ```apdl F, ALL, FX, 5000 ! 在选中节点施加 X 方向集中力(示例值 5000N) ``` 2. **动态时变荷载** - 使用 `TABLE` 数组结合瞬态分析模块: ```apdl /SOLU ANTYPE, TRANS ! 瞬态分析 TRNOPT, FULL OUTRES, ALL, ALL *DO, I, 1, 100 TIME, TIME(I) F, WAVE_NODES, FX, FORCE_X(I,1) ! 按时间步施加荷载 SOLVE *ENDDO ``` ##### **步骤 4:求解与后处理** 1. **求解设置** - 定义时间步长和阻尼(如动力分析需考虑瑞利阻尼): ```apdl ALPHAD, 0.01 ! 质量阻尼系数 BETAD, 0.02 ! 刚度阻尼系数 ``` 2. **结果提取** - 查看节点位移、应力时程: ```apdl /POST26 NSOL, 2, 1001, U, X ! 提取节点 1001 的 X 向位移时程 PLVAR, 2 ``` --- #### **三、关键注意事项** 1. **荷载方向处理** - 波浪和流的方向可能不一致,需分解为 X/Y 分量分别加载: ```apdl FORCE_X(I,1) = ... * COS(THETA) ! THETA 为波浪入射角 FORCE_Y(I,1) = ... * SIN(THETA) ``` 2. **复杂波浪的 UDF 扩展** - 如需不规则波(如 JONSWAP 谱),可通过外部编程生成荷载时程后导入: ```apdl *VREAD, FORCE_X, 'force_data.txt', , , 100 ! 从文件读取数据 ``` 3. **网格与时间步长的匹配性** - 时间步长需满足 $Δt < T/10$($T$ 为波浪周期),避免数值振荡[^2]。 --- #### **四、与 Workbench 方案的对比** | **功能** | **APDL 方案** | **Workbench 方案** | |----------------|------------------------------------------|----------------------------------------| | 荷载编程控制 | 灵活(直接操作节点/单元) | 依赖 External Data 或 Fluent 耦合 | | 动态荷载效率 | 高效(直接数组加载) | 需导入 CSV 文件,数据量大时较慢 | | 波浪理论扩展 | 支持自定义 UDF 和复杂公式 | 依赖 Fluent UDF 或 ACT 插件 | | 学习成本 | 较高(需熟悉 APDL 语法) | 较低(图形界面操作) | --- ### 相关问题 1. **如何验证 ANSYS APDL施加的波浪力计算结果的准确性?** 2. **在瞬态分析中,如何处理波浪荷载与结构运动的耦合效应(如流固耦合)?** 3. **如何通过 APDL 实现随机波浪荷载的施加(如基于波浪谱生成时程)?** 4. **经典版中是否支持直接从 CFD 结果(如 Fluent)导入压力数据?如何操作?**[^1] 如需具体代码示例(如不规则波荷载生成或流固耦合命令流),请提供模型参数或波浪类型细节。
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